Métodos de la ciencia I

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Esteban Calvo Marín

CUADERNO DE PRÁCTICAS. MÉTODOS DE LA CIENCIA I 4º ESO

Nombre y apellidos:___________________________________________________ Curso:___________

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PRÁCTICAS: Práctica 1. Introducción al trabajo en un laboratorio. Seguridad e higiene en el laboratorio. Material básico de laboratorio (1 ses.)

Práctica 2. La balanza. Medidas de masa. (1 ses.)

Práctica 3. Medida de volúmenes de sólidos y líquidos (2 ses.).

Práctica 4. Determinación de las densidades de un sólido y de un líquido. (1 ses).

Práctica 5. Uso de mechero Bunsen. Trabajo con el vidrio.(1 ses.)

Práctica 6. Preparación de disoluciones.(1 ses.)

Práctica 7. Reacciones químicas (precipitación de yoduro). (2 ses.)

Práctica 8. Separación de los componentes de una mezcla heterogénea.(1 ses.)

Práctica 9. Separación de los componentes fotosintéticos por cromatografía. (1 ses) Práctica 10. Tercer principio de la termodinámica.(1 ses.)

Práctica 11. Valor de la gravedad.(1 ses.)

Práctica 12. Obtención experimental de la ley de Hooke. (1 ses) Práctica 13. Efectos de la presión atmosférica.(1 ses)

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Práctica 1. Introducción al trabajo en un laboratorio. Seguridad e higiene en el laboratorio. Material básico de laboratorio.

Normas de seguridad:  Observa donde están las salidas y los equipos de emergencia del laboratorio.  Utiliza guantes y gafas de seguridad cuando sean necesarios.  Haz solo los experimentos que te indique tu profesor o profesora; no trates de hacer pruebas por tu cuenta.  Ten encima de la mesa, solo el material necesario.  No te muevas más de lo necesario. No corras ni juegues.  No comas, no bebas, ni masques chicle.  Lávate bien las manos cuando salgas del laboratorio.  No manejes productos desconocidos.  No pipetees líquidos con la boca.  No utilices material de vidrio roto; si se te rompe algo, avisa al profesor.  Si tienes que calentar un tubo de ensayo, sujétalo con unas pinzas.

Mantenlo inclinado de forma que su boca no apunte hacia ti ni a ningún compañero.  Si necesitas coger un producto de un frasco, ciérralo inmediatamente después.  Si necesitas tirar algo, pregunta al profesor cómo lo puedes hacer para no contaminar.  Al terminar la práctica, deja el material limpio y ordenado, y los productos en su sitio.

Pictogramas de seguridad:

Material de laboratorio: Dibuja el material de laboratorio que vamos a usar a lo largo del curso.

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Busca información: ¿Qué es el método científico? Explica brevemente las diferentes etapas que constituyen dicho método.

PRÁCTICA 2: MEDIDAS DE MASA. Introducción: Las medidas de masa las podemos realizar con dos tipos de balanza. En primer lugar podemos usar balanzas tradicionales de platillos o de brazo.

Cuando usamos este tipo de balanza debemos realizar el siguiente procedimiento: a) Asegurarse de que la balanza está equilibrada, es decir que marque el cero. b) Con ayuda de las pinzas, ir colocando las pesas necesarias en el platillo de la derecha. Nunca toques las pesas con las manos. c) Para pesar un líquido, en primer lugar se pesa un vaso de precipitado donde alojaremos el líquido. A continuación pesamos el vaso con el líquido. El peso del líquido será la diferencia de ambos pesos.

Si por el contrario, queremos realizar medidas más precisas, tendremos que utilizar una balanza electrónica. Para manejarla realizaremos los siguientes pasos: a) Enciende la balanza y asegúrate que marca cero. b) Pon un vidrio de reloj y pulsa la tecla de tara. Así conseguirás que la balanza vuelva a marcar 0 a pesar de que el vidrio de reloj esté encima del platillo. c) Quita el vidrio y añade el sólido a pesar. d) Lee en la balanza la masa indicada. e) Retira el objeto, apaga la balanza y límpiala si la manchaste.

Material:  Balanza de brazo.  Balanza digital.  Cloruro de sodio.

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 Agua.  Vaso de precipitados.  Espátula.

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Procedimiento: Mediremos masas de sólidos y líquidos. Explica con tus palabras el procedimiento que sigues para realizar dichas medidas.

PRÁCTICA 3: MEDIDAS DE VOLUMEN. Introducción: Medida de volúmenes de líquidos.

Para medir volúmenes de líquidos se utiliza la probeta.

Se trata de un tubo graduado con una escala en la que se indica la capacidad.

1.- Introduce en la probeta el líquido cuyo volumen quieres medir.

2.- Sitúa tus ojos a la altura de la superficie libre del líquido.

3.- Localiza qué división de la escala coincide con la altura del líquido. Ten en cuenta que la superficie del líquido es curva (llamada menisco) y la referencia que debes usar es el punto más bajo de dicha superficie.

4.- Determina la capacidad a la que corresponde.

También utilizaremos para medir volumen, otros instrumentos volumétricos como las pipetas y las buretas.

Medida del volumen de un sólido irregular y de un sólido irregular que no se hunde en el agua.

Para medir el volumen de un sólido irregular se aplica la impenetrabilidad de la materia: los sólidos al ser sumergidos en un líquido desalojan un volumen igual al suyo. Por tanto, midiendo el aumento de volumen producido en el líquido conocemos el volumen del sólido. Ahora bien, ¿qué pasa si el cuerpo flota?

Veamos…

1.- Pon cierta cantidad de agua en la probeta, por ejemplo, hasta la mitad.

Anota el volumen en ese instante.

2.- Introduce con cuidado la pesa, déjala que se deposite en el fondo y mide el nuevo volumen. Por diferencia con el anterior puedes conocer el volumen del sólido introducido.

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3.- Para conocer el volumen del corcho, ponlo en el agua. Colócale la pesa encima y verás que el conjunto se va al fondo. En ese momento, mide el volumen total (anotando el nivel que alcanza el agua).

4.- Calcula el volumen del conjunto formado por el corcho y la pesa.

5.- Como conoces el volumen del agua y la pesa, por diferencia puedes obtener el del corcho.

Explica el proceso de la medida de volúmenes realizadas. Escribe una tabla con las diferentes medidas que realices.

PRÁCTICA 4: MEDIDA DE LA DENSIDAD DE UN SÓLIDO O UN LÍQUIDO. Introducción.

En las dos prácticas anteriores, hemos aprendido a realizar medidas de masa y volumen, tanto de líquidos, como de sólidos irregulares.

La propiedad que relaciona la masa y la densidad, se denomina densidad.

Matemáticamente expresamos la densidad como el cociente entre la masa y el volumen:

En el sistema internacional de unidades (SI), la densidad se expresa en kg /m3, aunque también podemos expresarla en kg /l, o g /ml, o g /cm 3.

Materiales:     

Balanza.

Probeta.

Esfera metálica.

Alcohol 96º.

Vaso de precipitados.

Procedimiento:

Explica con tus propias palabras el procedimiento usado para medir las densidades de los diferentes sistemas utilizados. Expresa los resultados en unidades del Sistema Internacional y en g /mL, kg /l.

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PRÁCTICA 5: USO DE MECHERO BUNSEN. TRABAJO CON VÍDRIO. Introducción: Un mechero Bunsen (ver figura) es un instrumento utilizado en laboratorios científicos para calentar o esterilizar muestras o reactivos químicos. Fue inventado por Robert Bunsen en 1857 y provee una transmisión muy rápida de calor intenso en el laboratorio. Es un quemador de gas del tipo premezcla, y la llama es el producto de la combustión de una mezcla de aire y gas.

Procedimiento: En esta práctica conoceremos los elementos principales del mechero, aprenderemos a encenderlo y usarlo correctamente, distinguir las zonas de la llama y modelaremos vidrio utilizando el mechero.

El mechero Bunsen posee una peana sobre la que se apoya, la entrada de gas, que es el conducto donde se acopla una goma por donde entra el gas, una llave de paso (rosca) que regula el paso de gas y la chimenea, por donde asciende del gas, y donde se produce la llama.

Composición de la llama: la llama posee varias partes: a) Zona de oxidación: es la parte superior, de color amarillo, es una llama con bajo poder calorífico. b) Zona de mayor temperatura: de color azul violeta. c) Zona de reducción: es la zona central de color azul pálido.

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PRÁCTICA 6: PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES. Introducción: La materia podemos clasificarla en sustancias puras y mezclas. Un tipo de mezcla homogénea son las disoluciones.

Las disoluciones más comunes son las binarias, constituidas por dos componentes, uno en mayor cantidad denominado disolvente, y otro en menor proporción, denominado soluto.

Un disolvente muy común es el agua, y a las disoluciones, donde el disolvente es agua, las denominamos disoluciones acuosas.

Para expresar la cantidad de soluto existente en una disolución, podemos utilizar dos modos diferenciados: a) Cualitativamente: así clasificamos las disoluciones en diluidas, concentradas y saturadas. b) Cuantitativamente: podemos expresar la cantidad de soluto de diversos modos:  Porcentaje en masa:

 Porcentaje en volumen:

 Masa / volumen: expresamos el cociente de la masa de soluto en gramos, y el volumen de disolución en litros.  Molaridad (M):

Materiales:     

Yoduro de potasio.

Nitrato de plomo.

Sulfato de cobre.

Matraces aforados.

Agua.

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 Balanza.  Espátula.  Frasco lavador.

Procedimiento: Vamos a preparar una disolución 0,05 M de nitrato de plomo, otra de 0,25 M de sulfato de cobre, y finalmente otra de 0,05 M de yoduro de potasio A) Explica con tus propias palabras el proceso realizado. Deben aparecer todos los cálculos realizados.

B) Explica cómo puede presentarse la materia.

C) Explica qué es una disolución saturada, concentrada y diluida.

PRÁCTICA 7: REACCIONES QUÍMICAS. PRECIPITACIÓN DEL YODURO DE POTASIO. Introducción: Definimos reacción química como el proceso por el cual una o más sustancias que denominamos reactivos, se combinan entre sí para dar otras sustancias con propiedades diferentes, denominadas productos.

Como propiedades diferentes podemos observar cambios de color, o cambios de estado.

Las reacciones químicas, se representan mediante ecuaciones químicas, las cuales deben estar ajustadas estequiométricamente, utilizando números enteros o fraccionarios, denominados coeficientes estequiométricos.

Materiales:    

Tubos de ensayo.

Disolución de nitrato de plata.

Disolución de yoduro de potasio.

Disolución de cloruro de sodio.

Procedimiento:

Mezclaremos en un tubo de ensayo la disolución de nitrato de plata con la de cloruro de sodio. En otro tubo de ensayo, mezclaremos la disolución de nitrato de plata y la de yoduro de potasio.

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QUÍMICA DEL COLOR. El semáforo químico.

Llena una botella de refresco con agua hasta su mitad y disuelve 2 g de hidróxido sódico (NaOH). Una vez disuelto añade 2 g de glucosa y dos gotas de azul de metileno. Cierra la botella y agita la mezcla. Espera hasta que la disolución pierda el color. Si vuelves a agitar el color aparecerá de nuevo.

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a) ¿Qué es una reacción irreversible? ¿y reversible? b) Escribe y ajusta la reacción química que tiene lugar en ambas experiencias. c) Explica qué observamos en cada reacción química. d) Busca información sobre los grandes tipos de reacciones químicas que existen.

PRÁCTICA 8: SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE MEZCLAS HETEROGÉNEAS. Introducción Una mezcla heterogénea es aquella mezcla donde puedo observar los diferentes componentes constituyentes de la misma a simple vista.

Cada componente, puede obtenerse por separado realizando diversos procedimientos físicos.

Materiales:        

Sal Arena Virutas de hierro Imán Vaso de precipitados.

Agua Embudo Papel de filtro Procedimiento:

En primer lugar vamos a separar las virutas de hierro. Para ello pasaremos un imán por la mezcla.

A continuación echaremos la arena y la sal en un vaso de precipitado con agua. Agitaremos y dejaremos reposar. La sal es un compuesto soluble en agua, mientras que la arena no lo es (esta quedará en el fondo del vaso de precipitado).

Separaremos la arena de la mezcla agua – sal mediante una filtración por gravedad.

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Por último para separar la sal del agua, calentaremos el vaso con un mechero Bunsen.

Con este procedimiento obtendremos los tres componentes de la mezcla por separado.

PRÁCTICA 9: SEPARACIÓN DE LOS FOTOSINTÉTICOS POR CROMATOGRAFÍA.

COMPONENTES

Introducción: El proceso de fotosíntesis, se da en los cloroplastos, orgánulos celulares de plantas vegetales. Dentro de los cloroplastos, existe un pigmento de color verde, encargado de absorber la radiación solar. Este pigmento es la clorofila.

La clorofila, a pesar de ser verde, está formada por cuatro pigmentos de diferentes colores, los cuales son: PIGMENTO Clorofila A Clorofila B Carotenos Xantofilas

COLOR Verde azulado Verde amarillento Naranja Amarillo

Materiales:       

Alcohol de 96.

Hojas verdes de plantas.

Mortero.

Filtros de café.

Embudo.

Vaso de precipitados.

Pinzas y nueces.

Procedimiento:

Vamos a seguir los siguientes pasos:

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1) Coloca en el mortero las hojas que hayas elegido, añade un poco de alcohol y tritúralas hasta que el alcohol adquiera un tinte verde intenso.

2) Filtra el líquido utilizando el embudo en el que habrás puesto el papel de filtro.

3) Recorta unas tiras de papel de filtro e introdúcelas en el vaso hasta que toquen su fondo, procurando que se mantenga verticales.

Espera 30 minutos y aparecerán en la parte superior de la tira de papel unas bandas de colores que señalan a los distintos pigmentos

PRÁCTICA 10: TERCER PRINCIPIO DE LA DINÁMICA. Introducción: A toda fuerza aplicada a un cuerpo, fuerza de acción, le corresponde otra fuerza igual y de sentido opuesto, denominada fuerza de reacción.

Una forma de comprobarlo es mediante el principio de Arquímedes que, como sabes, dice lo siguiente: “Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y ascendente igual al peso de fluido desalojado”.

Es decir, al sumergir un cuerpo en agua, experimenta un empuje o una acción que disminuye su peso real. En consecuencia, de acuerdo con el principio de acción y reacción, el recipiente que contiene el agua y el cuerpo experimenta otro empuje de sentido opuesto o reacción que hace aumentar su peso.

Materiales:  Un dinamómetro que permita pesar cuerpos cuyo peso, como máximo sea de un newton.  Balanza electrónica.  Soporte, varillas y nueces.  Vaso de agua.  Trozo de plastilina u otro objeto cuyo peso sea menor de 1N. Procedimiento: Queremos comprobar que las fuerzas siempre actúan por parejas cuyos sentidos, de acuerdo con el principio de acción y reacción, son opuestos.

1. Se cuelga la plastilina del dinamómetro y se mide su peso real, al que llamaremos Pplastilina. Después, se coloca el vaso con agua en la balanza u se mide su peso real, al que llamaremos Pvaso.

2. Introducimos la plastilina en el vaso con agua como indica la figura.

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3. La plastilina sufrirá un empuje E, por parte del agua. Por tanto, la lectura del dinamómetro disminuirá, señalando su peso aparente P`plastilina.

4. Con los datos de que disponemos, podemos calcular el empuje E a que se ve sometida la plastilina.

P´plastilina = Pplastilina – E 5. Por su parte, el vaso con agua y la plastilina sufre la reacción del empuje R y aumenta su peso. La balanza registrará, por tanto, su peso aparente P´vaso. Por tanto, podemos escribir la siguiente expresión: P´vaso = Pvaso + R Podemos conocer el valor de la reacción R. a) Realiza la experiencia, dibuja el montaje realizado, escribe los cálculos realizados ordenándolos en una tabla.

Peso real P

Peso aparente P´

Empuje /Reacción

plastilina vaso b) ¿Crees que cambiarían los resultados si el trozo de plastilina fuera de forma diferente? c) Dibuja las fuerzas que intervienen.

PRÁCTICA 11: CÁLCULO DE LA GRAVEDAD CON UN PÉNDULO SIMPLE. Introducción: construiremos un péndulo simple para calcular la aceleración de la gravedad. El péndulo está sometido a dos fuerzas. Por un lado su fuerza peso (P = mg), y en segundo lugar la fuerza centrípeta, al describir el péndulo un movimiento circular uniforme, la cual estará dirigida hacia el centro de la curvatura.

El valor de la fuerza centrípeta (Fc) será:

Siendo l, la longitud del cordel del péndulo que coincidirá con el radio de la curvatura.

Ambas fuerzas deben ser iguales (P = Fc):

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Sabemos del MCU, que: v = r, y que

por tanto:

Materiales:  Soporte, pinzas y nueces.  Hilo y bola de metal.  Cronómetro.

Procedimiento: l (m)

T (s)

T2 (s2)

Gravedad (g)

MEDIDA 1 MEDIDA 2 MEDIDA 3  Calcula el valor medio de la gravedad.  Compara tu resultado con el de tus compañeros.  Con tu valor de gravedad, intenta calcular el valor de la masa de la Tierra.

PRÁCTICA 12: CÁLCULO DE LA CONSTANTE ELÁSTICA DE UN MUELLE. Introducción: La elongación de un muelle, guarda una relación de proporcionalidad directa con la fuerza que hace que el muelle se elongue.

La relación de proporcionalidad, viene dada por la ley de Hooke.

Matemáticamente expresamos esta ley como: F = Kx Donde F es la fuerza aplicada sobre el muelle, x es lo que se elonga o alarga el muelle, y k es la constante de proporcionalidad, llamada constante elástica del muelle. Esta constante es característica de cada muelle.

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Materiales:    

Soporte, pinzas y nueces.

Dinamómetro.

Pesas.

Metro.

Procedimiento: Colocaremos diferentes pesas sobre el dinamómetro. Mediremos lo que se alarga el muelle, así como la fuerza peso ejercida por las pesas sobre el muelle. a) Completa la siguiente tabla: Peso (N) Elongación (m) b) Realiza la representación gráfica entre la fuerza peso (eje de la x) y el alargamiento del muelle (eje y). c) Calcula el valor de la pendiente de la gráfica, la cual coincide con el valor de la constante elástica del muelle.

PRÁCTICA 13: EFECTOS DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA. La atmósfera es una gas que rodea la Tierra y por tanto ejerce una presión sobre los cuerpos que se encuentran en su superficie y que tiene una valor aproximado de 1 kg /cm2 y que podemos comprobar en múltiples experiencias.

Introducir un huevo duro en un matraz.

Cocemos un huevo, le quitamos la cáscara para aumentar su flexibilidad. En un matraz introducimos un papel ardiendo para que al calentar el aire que se encuentra en el interior del matraz y debido a la mayor movilidad de las moléculas del aire caliente parte de estas salgan del matraz. Ponemos el huevo en la boca del matraz y debido a la mayor presión en el exterior de este que en su interior se introduzca el huevo.

Doblar una lata de refresco.

Vaciamos una lata de refresco, y la sellamos con plastilina. Una vez que la lata se ha vaciado y ha sido sellada, la calentamos. Observaremos que la lata se dobla espectacularmente, debido a la variación de presión entre el interior y el exterior de la lata.

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Subir el nivel de agua en un recipiente cerrado al quemarse una vela en su interior.

En un cristalizador ponemos agua y ponemos un matraz invertido, y en su interior quemamos una vela. Por el mismo motivo que en los casos anteriores el nivel del agua en la boca del matraz aumenta.

Invertir un vaso con agua que en el borde se le coloca una hoja de papel.

En un vaso se introduce agua y en su borde superior se coloca una hoja de papel, se invierte el vaso y debido al efecto de la presión atmosférica no se cae la hoja de papel.

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